DE2340026A1 - Lueftungsanordnung fuer einschuebe - Google Patents

Description

Patent-Verwaltungs-G.m.b .H.
Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

9.7.1973 P 73/38

Lüftungsanordnung für Einachübe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmeabführung aus Einschüben, die gedruckte Leiterplatten oder in freier Verdrahtungstechnik ausgeführte Steckeinheiten mit wärmeerzeugenden elektrischen Bauelementen enthalten, wobei an einander gegenüberliegenden Seiten der Einschübe Luftleitkanäle angeordnet sind, von denen einer über einen zentralen Lüfter mit Kühlluft versorgt und der andere zur Umgebung geöffnet ist und wobei je zwei übereinanderliegende Einschübe durch einen von Wänden umgebenen Zwischenraum getrennt sind, der durch eine Trennwand in zwei Bereiche aufgeteilt ist, von denen einer über mindestens eine Öffnung mit dem vom Lüfter mit Kühlluft versorgten Kanal und der andere über mindestens eine Öffnung mit dem zur Umgebung offenen Kanal verbunden

ist nach Patent (Patentanmeldung P 22 11 268.1-3^).

Bei der vorstehend erwähnten Anordnung werden die einzelnen Einschübe einer Reihe von in einem Schrank oder einem Gestell montierten Einschübe bezüglich der Kühlung thermisch voneinander isoliert. Die einzelnen Einschübe sind parallel zu zwei Kanälen geschaltet, von denen einer die Kühlluft zu- und der andere die erwärmte Luft abführt. Es ist bei dieser Anordnung nicht mehr erforderlich, elektrische Bauelemente, die einer guten Kühlung bedürfen, nahe am Boden eines Gestelle oder Schranke anzubringen. Die Montage der elektrischen Bauelemente kann sich nach den Gesichtspunkten der zweckmäßigen Verdrahtung, der kurzen Leitungslängen und der Gruppierung von Bauelementen in einem Einschub richten, der ein für sich funktionsfähiges bzw. eine bestimmte Teilfunktion aueübendes Bauteil ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingange erwähnte Anordnung so weiterzuentwickeln, daß mit einfachen Mittel eine Aufnahme und Führung von Leiterplatten oder Steckeinheiten und

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eine möglichst gleichmäßige Verteilung der einem Einschub zugeführten Kühlluft über die Länge und Breite de« Einschubs erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der oberen und unteren Seite der Einschübe Abdeckungen mit in Längsrichtung der Leiterplatten oder Steckeinheiten verlaufenden Lüftungsechlitzen vorgesehen sind, deren Abstand ein Bruchteil des den Leiterplatten bzw. Steckeinheiten zugeordneten kleinsten Abstände ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die vom Kühlluftkanal in die Zwischenräume strömende Kühlluft definiert in Längsrichtung des Einschubs verteilt wird. Vorteilhaft ist bei dieser Anordnung insbesondere die gleichmäßige Kühlung von im Einschub eingesetzten elektrischen Bauelementen. Ungünstig belüftete Stellen im Einschub werden vermieden. Damit wird die Gefahr ausgeschaltet, daß sich an derartigen Stellen angeordnete elektrische Bauelemente unzulässig hoch erwärmen und aus diesem Grund vorzeitig ausfallen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Lüftungsschlitze einen düsenförmigen Querschnitt aufweisen, dessen Abmessungen für die Erzeugung von turbtilenten Strömungen an den Ausgängen der Lüftungsschlitze ausgewählt sind.

Durch die erzeugten turbulenten Luftströmungen wird die Wärmeabgabe der elktrischen Bauelemente verbessert. Die Anordnung gewährleistet daher eine gute Kühlung der Bauelemente.

Eine günstige Anordnung besteht darin, daß die Abdeckungen zusätzlich Längsschlitze zur Halterung und Führung der Leiterplatten oder Steckeinheiten aufweisen und, daß die Längsschlitze als Aussparungen an den dem Einschubinnern zugewandten Enden» der Lüftungsschlitze angeordnet sind. An Stellen, an denen Leiterplatten in Längsechlitze eingeschoben sind, werden bei dieser Anordnung zwar die Lüftungsschlitze abgedeckt, es verbleiben jedoch aufgrund der kleinen Teilung für die Lüftungsechlitze neben der Steckkarte noch freie Schlitze, die eine hinreichende Kühlung der Bauelemente auf

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der Leiterplatte sicherstellen. Die Anordnung ermöglicht überdies den Aufbau von Einschüben, die wenig unterschiedliche Teile enthalten. Der konstruktiv einfache Aufbau erlaubt wirtschaftliche .Fertigung der Einschübe.

Vorzugsweise sind oberhalb der LMngsschlitze Führungsleisten angeordnet, die mit Nuten zur Aufnahme und Halterung von Leiterpletten oder Steckeinheiten versehen sind. Da die Führungshalter nach einem bestimmten Rastermaßstab längs des Einschubs angeordnet sind, decken «ie auch dann Lüftungsschlitze ab, wenn sie keine Leiterplatten oder Steckeinheiten aufnehmen. Dadurch läßt sich eine von der Bestückung des Einschubs unabhängige Kühlluftverteilung erreichen.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in mit Aussparungen versehene Profilschienen als Abdeckungen streifenförmige Elemente mit ihren Enden eingeschoben sind und, daß die Längsechlitze durch Aussparungen zwischen aneinandergrenzenden Elementen gebildet sind. Die Breite der streifenförmigen Elemente ist auf das Rastenmaß der Führungsschienen abgestimmt. Zwischen je zwei Führungsschienen befindet sich ein Lüftungsschlitz. Falls in einem Einschub bestimmte Bereiche ohne Kühlung auskommen, lassen sich Streifen verwenden, die keine Lüftungsöffnungen aufweisen. Diese Anordnung gibt die Möglichkeit die Kühlluft in einem Einschub gut an den jeweiligen Bedarf anzupassen.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform sind die Abdeckungen mit den zur Halterung der Trennwand vorgesehenen Teilen zu einer Einheit verbunden, wobei an den Abdeckungen zusätzlich Führungeschlitze für die Aufnahme und Halterung von Leiterplatten oder in freier Verdrahtungstechnik ausgeführter Steckeinheiten angeordnet sind.

Bei dieser Anordnung dienen die Teile zur Luftführung gleichzeitig zur Halterung der mit -elektrischen Bauteilen bestückten Leiterplatten oder Steckeinheiten· Dadurch lassen sich Montageelemente für Einschübe einsparen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung

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dargestellten An,«f iihrunjrsbni ««r>i el en näher er! Hut ort, eui denen sich weiterp Morkmalo sowie Vorteile ertrebon.

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Ki ρ·. 1 eine VorHernnsi chi eine« mit FCi nsc'iiiben bef

teilweise im Schnitt
Fig.2 einen Schnitt Inngs der Linien Ι-Ί der in Fig.l p*»/ei <r te"

Anordnung;,
Fig.3 einen La η gs schnitt eines Teils pine? mit Lei tern J nt t en bestückten Einschub»,

Fig.k einen Teil einer Abdeckung von oben_t Fig.5 einen Längsschnitt eines Teils eines mit Leiterplatten bestückten Einschubs, der Führungsschienen zur Aufnahme

von Leiterplatten enthält,
Fig.6 einen Einschub zum Einfügen zwischen zwei mit Leiterplatten

oder Steckeinheiten versehene Einschübe, von oben Fig. 7 die in Fig.6 gezeigte Anordnung im Schnitt längs der Linien

II-II
Fig.8 eine Ansicht von vorne einer Einheit, in der Abdeckungen mit Führungsschlitzen an Teilen zur Halterung einer Zwischenwand befestigt sind,

Fig.9 einen Schnitt längs der Linien III-III der in Fig.8 dargestellten Anordnung*

Ein Geräteschrank 1 dient zur Aufnahme von Einschüben 2, 3 und 4 von denen der unterste Einschub 2 einen Lüfter enthält, der über Öffnungen 5 iw Schrank 1 Kühlluft ansaugt. Die Einschübe 3 dienen zur Aufnahme von Leiterplatten 6 oder Steckeinheiten 7, in denen elektrische Bauelemente in freier Verdrahtungstechnik montiert sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Einschüben 3 befindet sich ein Einschub 4, der für die Lenkung von Kühlluftströmen zu den an der oberen unteren Seite mit Lüftungeöffnungen versehenen Einschüben dient.

Der Schrank 1 umfaßt vier vertikale Eckpfosten 37, die aus Profilblech hergestellt sind« Zwischen jeweils zwei Eckpfosten 37 sind Seitenwände 38 angeordnet. Die Rückseite des Schranke 1 ist durch

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eine Wand 8 verschlossen. Im Schrank 1 befinden sich an den Seiten nicht näher dargestellte Leisten, auf denen die in den .Schrank 1 eingesetzten Einschübe 2, 3, h aufliefen, deren Frontplatten die offene Frontseite des Schranke 1 abdecken. Die Eckpfosten 37 an der Frontseite des Schranke 1 tragen auf ihren einander benachbarten Seiten Leisten 9, gegen die überstehende Randabschnitte 10 an den Einschüben 2, 3» h angelehnt sind. Zur Befestigung der Einschübe 2, 3» h am Schrank 1 können in nicht näher dargestellter Weise -Schrauben in Bohrungen an den Randabschnitten 10 eingesetzt und in fiewindehohrungen in den Leisten ° eingeschraubt werden.

Zwischen den Seitenwänden 11 der Einschübe 2, 3> 4 und den Schrankwänden 7 ist ein Zwischenraum vorgesehen, in dem sich vertikale Lüf ttmgskanäle 12 befinden, die aus einzelnen kastenförmigen Elpmenten 13 bestehen, die Rn ihren, offenen Seiten zusnmmensteckbar sind.

Die für die Luftführung zu den Pinschüben 3 vorgesehenen Einschübe h umfassen Seitenwände 14, eine Frontplatte 15 und eine rückwärtige Wand l6. Eine schräge Trennwand 1? teilt das Innere eines Einschubs h in zwei Bereiche IQ, l8. Die Trennwand 17 verläuft von der oberen Innenkante einer Seitenwand lh bis zur unteren Innenkante der anderen Seitenwand Ik. Die Bereiche 18, 10 stehen über Öffnungen 20 in den Ppitenwänden lh und nicht näher bezeichnete Aussparungen in den Elementen 1^Ί mit den Lüftnnerskanälen 12 In Verbindung. Der in Fig. recht.« dargestellte Lüftungskanal 12 führt Kühlluft, während der links jP7ev«^rtp Kanal 12 aus den Einschüben 3 kommenden erwärmte luft aufnimmt und über eine nicht dargestellte Öffnung an die Umgebung abgibt. Die Kühlluft .crelanict über die Öffnungen 20 in die Bereiche lB, von denen sie in die Einschübe 3 eintritt. Im Innern der Einschübe 3 erwärmt sich die Luft und steigt in die Bereiche 19 auf, von denen sie über Öffnungen 20 in den Kanal 12 für erwärmte Luft strömt. Durch die Trennwand 17 in den Einschüben 4 sind die mit wärmeerzeugenden elektrischen Bauelementen bestückten Einschübe 3 thermisch weitgehend voneinander isoliert. Eine Aufheizung von Einschüben 3 über von einem anderen Einschub 3 abgegebene erwärmte Luft ist d.mit nicht möglich. Die Einschübe 3 sind parallel an die Küh!luftversorgung geschaltet. Die elektrischen Bauteile können daher auf die Einschübe 3 verteilt werden, ohne daß für besonders stark erwärmte Bauteile bevorzugte Stellen im Schrank 1 vorzusehen sind.

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Die Leiterplatten 6, die zur Montage elektrischer Bauelemente 21 dienen, sind aus Gründen der Normung in jrleichen Abständen A voneinander angeordnet. An den oberen und unteren Seiten der Einschübe 3 befinden sich Abdeckungen in denen in Längsrichtung der Leiterplatten 6 der Steckeinheiten 7 verlaufende Lüftungsschlitze 22 angebracht sind. Der Abstand der Lüftungsschlitze 22 beträgt ein Bruchteil des den Leiterplatten 6 bzw. Steckeinheiten 7 zugeordneten kleinsten Abstands. Die Lüftungsschlitze 22 weisen in Strömungsrichtung der Kühlluft ninen düsenförmigen Querschnittsverlauf auf, dessen Abmessungen auf für die Erzeugung von turbulenten Strömungen an den Ausgängen der Lüftungsschlitze ausgewählt sind.

Die LüftungsschIitze 22 können wie aus der Fig. 3 hervorgeht, in Abdeckungen 23, 2'i vorhanden sein, die einen festen Bestandteil der Einschübe 3 bilden. Zur Führung und Halterung der Leiterplatten 6 sind in den Abdeckungen 23, 24 Aussparungen 25 auf der dem Einschubinnern zugewandten Seite angebracht. Die Aussparungen 25 befinden sich an den Mündungen der Längsschlitze 22. Wird in eine Aussparungen 25 eine Leiterplatte ^%6 eingeschoben, dann deckt sie den zugehörigen LHngsschlitz 22 ab. Infolge des Abstahds der Längsschlitze 22, der kleiner ist, als das für die Leiterplatten vorgesehene Rastenmaß A, bleiben zwischen benachbarten Leiterplatten 6 noch genügend Längsschlitze 22 frei, durch die eine ausreichende Kühlung der Bauelemente 21 gewährleistet wird.

Der düsenförmige Querschnittverlauf der I-angssch] itze 22 1st insbesondere an den unteren Abdeckungen 23 der Einschübe3 von Bedeutung, die von den Bereichen IH Kühlluft zugeführt erhalten. Die Querschnittsform der Lüftungsschlitze 22 bewirkt eine turbulente Strömung im, Innern der Einschübe 3· Durch die turbulente Luftströmung wird die Kühllung der Bauelemente 21 verbessert.

Durch die Geometrie der Längsschlitze kann die Verteilung, der einem Einschub 3 zugeführten Kühlluft, beeinflußt werden. Dadtirch ist eine gezielte Küülung der in einem Einschub vorhandenen y Bauelemente 21 gewährleistet. Somit werden Schwierigkeiten, die

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sich auf jtrund von unzulässig hoher Erwärmung von Baue! pmenten an schlecht gekühlten Stellen ergeben, wciiephpnd vermieden.

In der Fig. 5 ist pine Anordnung gezeigt, in der Abdeckungen 26, mit Längsschlitzen 22 Führungsleisten 28 umgeben, dip zur Führung und Halterung von Leiterplatten 6 dienen. Die Führungsleisten i?ß decken an den jeweiligen Stellen die Längsschlitze 2? zu. Die Kühlung der Bauelemente 21 erfolgt über die zwischen bpnachbarten Führungsleisten 28 verbleibenden Längsschlitze 22. Durch die Anbringung von Führungsleisten 28 können auch nicht mit Leiterplatten 6 bestückte Einschubteile für die Kühllxi ft zufuhr gesperrt werden, wenn dies aus Gründen einer besonderen Kühlluftverteilung erforderlich ist.

An den Einschüben k sind die Seitenwände lA über Profi!schienen 29 miteinander verbunden. An den Enden der Profilschienen 29 sind über Schrauben 30 und Zwischenstücke Jl die Trennwände 17 befestigt deren Ränder in den Frontplatten 15 und den Rückwänden l6 in Nuten 32 eingefügt sind. Die Profilechienen 29 sind in ihrer Längsrichtung mit nutenförmigen Aussparungen 33 versehen, in die Kunststoffstreifen Jk mit ihren Enden eingeschoben werden können. Die Kunststoffstreifen 3^ enthalten an ihren Längskanten Einschnitte 35» die eine Seite der Begrenzung eines Lüftungsschlitzes 22 bilden. Zwei aneinander grenzende Streifen Jk schließen einen Lüftungsschlitz 22 ein. Vorsprünge 36 an den Stirnseiten der Streifen Jk stoßen aneinander. Durch die Vorsprünge j6 wird die Weite der LüftTingsschlitze 32 bestimmt. Die Streifen Jk sind an ihren Kanten so. geformt, daß ein düaenförmiger Querschnitt der Lüftungsschlitze bei zwei aneinanderstoßenden Streifen Jk gegeben sind.

Die in den Figuren 5 und 7 dargestellte.Anordnung, bei der als Abdeckung Leisten Jk mit Längeschlitzen 22 vorgesehen sind, bildet mit den Teilen eines Einschubs k eine Einheit. Es ist daher nicht erforderlich, daß weitere Lüftungsschlitze in den Einschüben J vorhanden sind. Die Einschübe J können in üblicher Bauart ausgeführt sein. Die Breite der Streifen Jk läßt sich dem Rastenmaß in den Einschüben J anpassen.

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BAD QRK31NAL.

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Bei Einschüben, in denen die Seitenwände durch Profilschienen miteinander verbunden sind, können die Nuten 33 auch in den Profi]-schienen angeordnet sein· Ee ist dann Möglich, die Streifen unmittelbar in den Einschüben 3 anzubringen.

Bei der in den Figuren 8 und 9 dargestellten Anordnung sind Abdeckungen 39 mittels Schrauben 4θ an Teilen 41 befestigt, die zur Halterung einer Trennwand 42 dienen. Die Abdeckungen sind mit Luftschlitzf»n 22 versehen. An den Enden der Luftschlitze 22 sind Führungeschlitze kj für Leiterplatten 6 vorhanden, auf denen elektrische Bauteile 21 befestigt sind. Die aus den Teilen 39, 4O, 4l und 42 bestehend«» Ein- ^ heit dient einerseits zur Kühlluftzufuhr zu den Leiterplatten 6 und andererseits zur Aufnahme und Halterung der Leiterplatten 6. Dadurch vereinfacht sich die Ausbildung der zwischen zwei benachbarten Einheiten angeordneten Einschübe. Diese Einschübe brauchen keine T'eile für die Führung der Leiterplatten mehr zu enthalten. Es genügen Halteelemente für die Steckverbinder, die nicht näher dargestellt sind.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   f 1Λ Vorrichtung zur Wärmeabführung aus Einschüben, die gedruckte V^^x Leiterplatten oder in freier Verdrahtungstechnik ausgeführte Steckeinheiten mit wärmeerr.eugenden elektrischen Bauelementen enthalten, wobei an einander gegenüberliegenden Seiten der Einschübe Luftleitkanäle angeordnet sind, von denen einer über einen zentralen Lüfter mit Kühlluft versorgt und der andere zur Umgebung geöffnet iet und wobei je zwei übereinanderliegende Einschübe durch einen von Wänden umgebenen Zwischenraum getrennt sind, der durch eine Trennwand in zwei Bereiche aufgeteilt ist, von denen einer über mindestens eine Öffnung mit dem vom Lüfter mit Kühlluft versorgten Kanal und der andere über mindestens · eine Öffnung mit dem ziir Umgebung offenen Kanal verbunden Λ st nach Patent (Patentanmeldung P 22 11 268.1-3*0, dadurch gekennzeichnet, daß an den oberen und unteren Seiten der Einachübe (3) Abdeckungen (23, 24, 26, 27, 34, 39) mit in Längsrichtung der Leiterplatten (6) oder Steckeinheiten (7) verlaufenden Lüftungsschlitzen (22) vorgesehen sind, deren Abstand ein Bruchteil des den Leiterplatten (6) bzw. Steckeinheiten (7) zugeordneten kleinsten Abstabds (A) ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungsschlitze (22) sich nahezu über die gesamte Tiefe des Einschubs (3) erstrecken und die gewünschtr Kühlluftverteilung in Längsrichtung von der Geometrie der Luftaustrittsfläche abhängt, wobei der Querschnitt beliegbig, oder düsenförmig r.ur Erzeugung einer Turbulenz gestaltet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, daurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungen (23, 24) zusätzlich Längsechlitze (25) zur Halterung und Führung der Leiterplatten (6) oder Steckeinheiten (7) aufweisen und, daß die Längsechlitze (25) als Aussparungen an den dem Einschubinnern zugewandten Enden der Lüftungsschlitze (227 angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, daurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Längsschlitze;(22) Führungsleisten (28) angeordnet sind, die

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   mit Nuten zur Aufnahme und Halterung von Leiterplatten (6) oder Steckeinheiten (7) versehen sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in mit Aussparungen (33) versehenen Pfofilschienen (29) als Abdeckungen streifenförmige Elemente ( 3k) mit ihren Enden eingeschoben sind, und daß die Längsschlitze (22) durch Aussparungen zwischen aneinandergrenzenden Elementen (3*0 gebildet sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
   gekennzeichnet, daß die Abdeckungen (39) n±t den zur Halterung
   der Trennwand Ct2) vorgesehenen Teilen ('ti) zu einer Einheit
   verbunden sind, wobei an den Abdeckungen (39) zusätzlich Führungeschlitze (k3) für die Aufnahme und Halterung von Leiterplatten(6) oder in freier Verdrahtungstechnik ausgeführter Stackeinheiten
   angeordnet sind.

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